[发明专利]利用水葫芦从低浓度稀土溶液中富集回收稀土的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用水葫芦等水生植物从低浓度稀土溶液中富集回收稀土并使水中的稀土和氨氮达到排放要求的方法。不仅能够回收宝贵的稀土资源，而且能够明显减少水体污染物对矿区居民用水和矿区流域内农业用水带来的不良影响。属于稀土湿法冶金和环境保护技术领域。

技术背景

在冶金过程中会产生许多含低浓度稀土和铵的溶液或废水。从这些低浓度稀土溶液中富集回收稀土不仅可以充分利用宝贵的稀土资源，而且可以大大减少废水排放。例如，离子吸附型稀土资源的开发过程中，在矿山和分离厂均会产生。尤其是以原地浸析技术为主导的开采技术，还存在着一些严重的环境影响问题，除了植被破坏、山体滑坡外，水体污染也相当严重。由于地质资料不够，注入的硫酸铵等浸矿剂的浓度大，尾矿中的电解质残留量高，在后续自然渗析和雨水浸淋下会产生大量的渗滤液。这些渗滤液中所含的稀土浓度从几个ppm到几百个ppm不等。这些污水扩散快，范围广，给矿区居民用水和矿区流域周边农业用水带来了巨大的不良影响。我们在两处废弃十年以上的原地浸矿矿山区域采集了多个淋滤废水进行分析，结果表明其中铵离子分别为218mg/L和140mg/L，REO分别为32.50mg/L和35.87mg/L，均大大超过了排放要求。任其排放，不仅也对稀土资源造成了巨大的浪费，而且对环境产生了严重的影响。因此，离子吸附型稀土原地浸矿区域的水体污染已引起人们的广泛重视，急需发展一些高效率低成本的回收稀土并处理废水的新技术新方法。

围绕上述问题，近年来开展了许多有关离子吸附型稀土矿山废水的处理方法研究。主要有物理方法和化学方法，包括沉淀、吸附、萃取、离子交换、膜分离等等。通过大量的研究开发工作，已经提出了一些可以达到回收稀土并使废水达到排放标准的技术方案。但这些方法的主要问题是成本偏高，在稀土价格水平不高的情况下，其实施的经济效益难以体现。

相对于物理化学法而言，生物生态修复技术的提出较晚。利用水生植物净化废水的技术是近十年来才开始得到重视，在离子吸附型稀土矿山废水处理中的应用还没有见到报道，是一个新的研究开发领域。水生植物净化废水技术的最大优点是可以充分利用太阳能和生物质能，通过水生植物来吸附和吸收水中的无机和有机污染物，包括重金属离子和铵氮，通过收获植物体的形式便可将污染物从水中清除。这种方法对于去除废水中的重金属离子和其他一些污染物的效果已经得到广泛的确认，但其实际应用还受到很大的限制。一是水生植物本身对环境的影响问题，需要得到重视和正确面对；二是水生植物的处理和综合利用问题。尽管已经开展了将它们用作生物质能转化或肥料或吸附剂或饲料的研究，但其效果和经济环境效益还不够理想，技术性和经济性还需要进一步提高。

在以往的以水葫芦等水生植物来处理废水的研究中，主要利用的是水葫芦的生物质，用作燃料、饲料、通过产生氢气、甲烷气、沼气和醇等能源化合物来开发其生物质能。但其产生的效益还不足以弥补其投资和生产成本。因此，其推广应用受到了抑制。

水葫芦等水生植物用于处理废水的瓶颈在于如何提高其应用的经济性，在经济性合理的前提下才能防止水葫芦的无序扩散带来的负面影响。目前，人们普遍把水葫芦当成一种能带来“生态灾难”的外来引进物种的典型。其原因在于它快速的生长与利用不够之间的矛盾。早期在用作饲料和肥料上有所建树，其影响还不显现。后来由于养殖业的规模化、饲料的标准化以及化肥的广泛应用使水葫芦的应用受到抑制，从而导致大量的水葫芦在广阔的水域疯长，给航运和水生态造成了很大的负面影响。因此，水葫芦的高值化利用技术是解决其应用推广的关键技术。在以往的将水葫芦用于废水处理的应用中，由于许多重金属的量不大，价值也不高，回收利用价值不高，而且其作为饲料和肥料的应用也有潜在的风险，这大大限制了其应用推广。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，为了解决水葫芦应用上的难题，提供一种利用水葫芦从低浓度稀土溶液中富集回收稀土的方法，达到合理利用的目标。

本发明以提高水葫芦利用价值为突破口，通过研究水葫芦对低浓度稀土溶液中稀土元素的富集规律和特征，提出了具体的放养水葫芦、采收水葫芦以及从水葫芦中回收稀土并利用其生物质能的具体方法。解决了以往水葫芦等水生植物不能很好用于废水处理的技术和经济瓶颈问题。所解决的技术问题包括溶液的pH，温度，处理方式、放养密度、采收依据和时间等等。具体方法是在低浓度稀土溶液中放养水葫芦，利用水葫芦对稀土和铵的强吸收吸附作用，使水体中的铵氮、稀土和其它金属离子进入水葫芦而得到净化；进入水葫芦中的稀土可以在水葫芦生物质转化和能源利用过程中加以回收。其流程框图见图1。